DE3113211A1

DE3113211A1 - "vorrichtung zur veraenderung der fluegelflaeche eines windrades"

Info

Publication number: DE3113211A1
Application number: DE19813113211
Authority: DE
Inventors: Jürgen 2800 Bremen Franke; Ulrich Ing.(grad.) 2820 Bremen Stampa
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1981-04-02
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1982-10-21

Description

Vorrichtung zur Veränderung der Flügelfläche
eines Windrades Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Veränderung der wirksamen Flügelfläche eines Windrades mit einer mDrzugsweise drehzahlabhängigen Regeleinrichtung durch Aufrollen von an die Radspeichen bildenden Masten angebrachten, flexiblen Flügelblättern auf Reffspindeln.
Windräder sind im allgemeinen so bemessen, daß sie hauptsächlich bei den vorherrschenden, meistens kleineren Windgeschwindigkeiten Arbeit leisten. Da jedoch auch andere, ungünstige Windverhältnisse vorkommen, können sie unwirtschaftlicherweise bis zu 30 % der Gesamtzeit außer Betrieb sein, und Voll-Last wird höchstens in 20 % der Gesamtzeit erreicht.
Sollen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit die Windräder auch die Energie der seltener vorkommenden, größeren Windgeschwindigkeiten ausnutzen können, so müssen alle Konstruktionsteile entsprechend stärker bemessen sein. Durch die dann entsprechend schwerer werdende Struktur vergrößert sich aber die Lagerreibung derart, daß wiederum die Energie kleinerer Windgeschwindigkeiten zum Betrieb des Windrades oft nicht mehr ausreicht.
Baut man Jedoch die Windräder für kleinere Windgeschwindigkeiten entsprechend leichter, so besteht die Gefahr der Zerstörung bei großen Windgeschwindigkeiten.
Deswegen werden zwar Windräder für die häufig auftretenden, kleineren Windgeschwindigkeiten gebaut; sie müssen Jedoch Regeleinrichtungen zur Begrenzung der Energieaufnahme, z.B. Drehzahlbegrenzung, und eine entsprechende Strukturfestigkeit auch für die höheren Windgeschwindigkeiten aufweisen. Die Drehzahlregelung erfolgt zum Beispiel mittels Vorrichtungen, mit denen man die wirksame Flügelfläche eines Windrades, z.B. durch Öffnen bzw. SchlieBen von Klappen oder Drehen von Flügelblättern, verkleinern und vergrößern kann.
Die altertümlichen, besonders in Mittelmeer-Ländern bekannten Segel-Windmiihlen, d.h. Mühlen mit Windrädern mit flexiblen Flügelblättern, haben nun den Vorteil, daß sie schon bei kleinen Windgeschwindigkeiten - bei etwa 4 m/sec - anlaufen und Energie abgeben und daß durch entsprechendes Reffen der Segel, d.h. Verkleinern der Flügelfläche des Windrades, auch noch große Windgeschwindigkeiten ausgenutzt werden können. Das bei diesen altertümlichen Mühlen notwendige Reffen von Hand, durch Verkleinern oder Entfernen ganzer Segelpaare, wobei gegebenenfalls die Segel um die mastenförmigen Windradspeichen gewickelt werden, ist natürlich sehr umständlich. Neuerdings sindszwar aus der Jachttechnik Reffeinrichtungen bekannt, bei denen ein Segel auf eine drehbare, zwischen Top und Baumbeschlag hinter dem Mast angebrachte Reffhülse aufgewickelt wird. Derartige Techniken werden jedoch nicht bei den Segelmühlen angewendet und diese gelten als unwirtschaftlich, weil es nicht möglich ist, sich auf die oben geschilderte Weise kurzfristig und schnell auf Windänderungen einzustellen.
Es wird deshalb als Aufgabe der Erfindung angesehen, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich die Flügelfläche bei den bewährten Segel-Windmühlen schnell selbsttätig verändern läßt.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in den mastförmigen Windradspeichen drehbeweglich aufgenommene Reffspindeln mit der Windradnabe kuppelbar sind.
Die Erfindung besteht daher darin, bei den Segel-Windmühlen die Radspeichen, an denen die Segel angebracht sind, so zu bauen, daß in ihnen Reffspindeln zur Aufnahme der Segel laufen können. Über ein vorzugsweise in der Nähe der Radnabe befindliches Getriebe, welches durch eine Regeleinrichtung mit dem Windrad kuppelbar ist, werden die Reffspindeln bei Bedarf angetrieben.
Ein Windrad mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beginnt sich schon bei leichtem Wind zu drehen. Mittels der an sich bekannten Meß- und Regeleinrichtung wird ständig die Drehzahl des Windrades fesigestellt, und beim Überschreiten einer vorgegebenen Nenndrehzahl wird die Reffeinrichtung durch das an sich drehende Windrad betätigt, so daß diese Drehzahl durch enisprechende Verkleinerung der Flügelfläche auch bei zunehmenden bis zu großen Windstärken eingehalten werden kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungsfiguren, in denen die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel ausführlich erläutert und schematiscn dargestellt ist.
Es zeigen: Fig. 1 und 2 ein erfindungsgemäßes Segel-Windrad in zwei Ansichten, Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Reffgetriebe, Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Anordnung gemäß Fig. 3 in einer um 9o° gedrehten Ansicht, Fig. 5 und 6 Querschnitte durch eine eine Reffspindel enthaltende Windradspeiche bei gerefftem und angespanntem Segel, Fig. 7 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Reffsp i ndelantr iebes.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Segel-Windrad 21 auf einem Mast 22 dargestellt, der mit Seilen 23 abgespannt ist. Die segelartig flächenveränderlichen, flexiblen Flügelblätter sind mit 24 bezeichnet. Die Segel 24 sind an mastförmigen Radspeichen 25 angebracht, und zwar erfindungsgemäß derart, daß sie in diesen Speichen 25 auf in ihnen drehbeweglich geführten Reffspindeln 26 aufgerollt werden können, und werden mittels Schotleinen 27 gestreckt gehalten.
Die Radspeichen 25 mit den Reffspindeln 26 laufen in einer Radnabe 28 zusammen, in deren Nähe sich ein Zahnradgetriebe 29 für den Antrieb der Reffspindeln 26 befindet. Die Windrichtung ist durch Pfeile angedeutet. Aus den Fig. 3, 4 und 7 sind weitere Einzelheiten über den Reffantrieb entnehmbar. Das in dem Nabengehäuse 28 aufgenommene Zahnradgetriebe 29 besteht im wesentlichen aus einem Schneckenrad 1 und sechs auf ihm peripher angeordneten Zahnrädern 2, die (siehe auch Fig. 7) über eine Reffantriebswelle 3 eine Spule 4 für die Schotleine 27 und über eine Gelenkwelle 5 die Reffspindel 26 antreiben.
Das Schneckenrad 1 des auf der Lee seite des Windrades 21 befindlichen Getriebes 29 sitzt auf einer Welle 8, die durch eine mit dem Windrad 21 verbundene Rotorwelle 9 hindurchgeführt ist.
Die Reffspindel 26 und das Segel 24 werden von Leitrollen 7 (siehe Fig. 5 und 6) gehalten, die entlang der mastförmigen Radspeichen 25 angebracht sind. Hierdurch wird die Reibung von Segel und Reffspindel in für die Lebensdauer der Segel vorteilhafter Weise verringert.
Bei einer Windgeschwindigkeit von ungefähr 4 m/sec beginnt sich das Windrad bei vollausgespannten Segeln zu drehen. Nachdem das Windrad seine Nenndrehzahl und ein vom Rad angetriebener Generator 30 seine Nennleistung erreicht haben, tritt bei weiter zunehmender Wandstärke erfindungsgemäß die Reffautomatik in Funktion.
Mittels einer an sich bekannten MeB- und Regeleinrichtung 31 wird laufend die Drehzahl des Windrades 21 gemessen und beim Uberschreiten der Nenndrehzahl eine vorzugsweise elektromagnetische Bremse 10 ausgelöst, die huber die Reffwelle 8 auf das Schneckenrad 1 wirkt.
Da das Windrad 21 sich weiter dreht, drehen sich die Zahnräder 2 um das gebremste Schneckenrad 1 und treiben die Schotspulen 4 und die Reffspindeln 26 an. In demselben Maße wie dadurch die Segel 24 aufgewickelt, d.h. die Flügelfläche verkleinert wird, wird die Schot 27 durch dieselbe Drehung der Reffspindel 26 von der Schotspule 4 abgewickelt.
Nachdem sich die Flügelfläche verkleinert hat, läuft das Rad bei größerer Windgeschwindigkeit wieder mit der Nenndrehzahl. Es wird solange gerefft, bis die Regeleinrichtung beim Unterschreiten der Nenndrehzahl die Reffbremse 10 wieder abschaltet, so daß das Windrad wieder frei umläuft. Solange die FlUgel- (bzw.
Segel-)fläche noch nicht vollständig gerefft ist, kann die Windmühle noch den steigenden Windstärken angepaßt werden.
Der umgekehrte Vorgang, eine Vergrößerung der FlUgelfläche, spielt sich ab, wenn die Regeleinrichtung eine zu kleine Umdrehungsgeschwindigkeit feststellt.
Die Regelung 31 löst daraufhin eine zweite Reffbremse 11 aus, die über ein Umkehrgetriebe 12 die Umdrehung des Windrades 21 umsetzt in eine Umdrehung der Reffwelle 8 im gleichen Drehsinn wie aber mit größerer Umdrehungsgeschwindigkeit als das Windrad.
Nachdem das Windrad 21 seine Nenndrehzahl erreicht hat, wird die Reffbremse 11 von der Regeleinrichtung 31 wieder abgeschaltet.

Claims

Patent an Bp rU oh e I Vorrichtung zur selbsttätigen Veränderung der wirksamen Flügeifläche eines Windrades mit einer vorzugsweise drehzahlabhängigen Regeleinrichtung durch Aufrollen von an die Radspeichen bildenden Masten angebrachten, flexiblen Flügelblättern auf Reffspindeln, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Masten (25) drehbeweglich aufgenommenen Reffspindeln (26) mit der Windradnabe (28) koppelbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reffgetriebe (29) in der Nähe der Windradnabe (28) vorgesehen ist, bei dem Antriebsräder (2) fAr die Reffspindeln (26) peripher an einem festbremsbaren Schneckenrad (1) angeordnet sind, dessen Welle (8) durch die Windradwelle (9) zur Leeseite des Windrades (21) gefUhrt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsräder (2) für die Reffspindeln (26) auch als Antrieb für Spulen (4) für Schotleinen (27) für die flexiblen Flügelblätter (24) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer ersten Bremse (10) für das Festbremsen des Schneckenrades (1) beim Aufrollen der Flügeiblätter (24) eine zweite auf das Schneckenrad wirkende Bremse (11) und ein Umkehrgetriebe (12) für das Abrollen der Flügeiblätter von den Reffspindeln (26) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Leitrollen (7) für die Führung der Reffspindeln (26) und der Flügelblätter (24) beim Auf- bzw. Abrollen entlang der Masten (25) angebracht sind.